Laser enthüllt Lebensprozesse

- Schwache Neonlampen tauchen den Raum in gedämpftes, gelblich schimmerndes Licht. In der Mitte steht ein raumfüllender Tisch mit einer komplizierten Anordnung von Prismen, Spiegeln und Linsen, durch die sich Laserstrahlen verschiedener Farben ihren Weg bahnen. In dem Labor des Lehrstuhls für BioMolekulare Optik der Sektion Physik der Ludwig-Maximilians-Universität werden modernste Methoden der Quantenoptik zum Studium ultraschneller Vorgänge in der Chemie und in der Biologie entwickelt.

Über dem Tisch, an dem Doktorand Tobias Schrader unter der Leitung von Professor Wolfgang Zinth arbeitet, zeigen Monitore unzählige Messwerte.

Die letzen Jahre haben Zinth und sein Team untersucht, welche Vorgänge in Pflanzen bei der Photosynthese ablaufen, wenn sie innerhalb von milliardstel Sekunden Sonnenlicht in Energie umwandeln. Diese Prozesse können die Physiker mit ihren Lasern beobachten.

"Blätter verwenden so genannte Farbstoffmoleküle, um diese Energie umzuwandeln", berichtet Zinth. Um die Photosyntheseabläufe zu verfolgen, schicken die Wissenschaftler einen Laser-Lichtblitz auf einen Spiegel, der den Strahl spaltet. Der eine Teil wird reflektiert, der andere durchgelassen. Der intensivere Teil des Laserblitzes kommt etwas früher am Ziel an, weil er einen kürzeren Weg zurücklegt als der zweite. Die Photonen des ersten Blitzes dienen als Anregungsimpuls, der die Photosynthese in Gang setzt. Mit dem zweiten Lichtblitz, dem so genannten Abtastimpuls, wird dann die Reaktion der Probe gemessen. Mit ihren Laserexperimenten haben die Quantenoptiker in den letzten Jahren bereits grundlegende Prinzipien der Photosynthese aufgedeckt.

"Als nächstes wollen wir besser verstehen, wie die Proteinfaltung funktioniert", erklärt Zinth. "Diese läuft genauso schnell ab wie die Photosysynthese-Vorgänge." Dazu verwenden die Physiker die gleiche Technik, die sie zur Erforschung der Photosynthese anwenden.

Proteine sind Bausteine des Lebens. Verläuft ihre Anordnung, also ihre Faltung, nicht nach genau vorgegebenen Mustern, können Defekte auftreten, die zu Muskelkrankheiten, zu Alzheimer oder auch zu Creutzfeld-Jakob-Krankheit führen. "Noch wissen wir relativ wenig über diese Faltungsvorgänge", sagt Zinth. "Wenn man aber weiß, wie diese Vorgänge ablaufen, eröffnet das neue Möglichkeiten in der Biotechnologie und der Medizin. Dann kann man Medikamente in Zukunft besser auf den Patienten abstimmen. Und dazu will ich mit meinem Team im Hinblick auf einen langfristigen Erfolg beitragen."

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